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摘 要：煤矿机械设备故障率高是我国煤炭生产和运输的一大瓶颈，而机械传动齿轮的失效往往会造成煤矿机械设备发生故障。鉴于煤矿机械功率大、速度低、重载和相对尺寸小，我们找出煤矿机械传动齿轮的失效原因，提出了改进途径。
关键词：煤矿机械 ；机械传动；齿轮失效
0 前言
煤炭是我国的主要能源。我国的开采方式主要是井工开采，少数则为露天开采。在机械传动中，广泛使用齿轮传动，齿轮传动可以用来传递任意两根轴之间的运动和动力，但是齿轮的使用期限是比较短的，失效的速度也会慢慢变快，最终不能有效地发挥功能，对煤矿企业的安全造成严重的隐患。本文通过深度分析煤矿机械中各种齿轮的失效形式及原因，不仅能够提高煤矿机械设备使用效率，还能更好地补充设备本身存在的一些缺点，这样能较大的提高机械设备的使用寿命，有效的保障煤矿企业的安全高效生产。
1.煤矿机械齿轮失效形式
在煤矿机械化、现代化水平不断提高的情况下，煤矿机械的功率也渐渐增大。使用煤矿机械时我们要想提高它的可靠性和延长其使用寿命，必须更高地要其传动齿轮的质量。下面我们就来简单的介绍煤矿机械失效的常见形式：
1.1表面疲劳
在轮齿的表面和表面下方都会有裂纹生核，金属的移动和早已存在的凹坑，使得凹坑合并或增大尺寸。首先，齿面点蚀，轮齿在运行时，它们之间的接触为高副接触，因为摩擦力大表面磨损严重。如果齿面接触应力比允许应力大，再加上，齿面表层有多级载荷，导致齿面很容易出现裂纹，这些裂纹往往开始出现在轮齿节线附近，如图1所示，
我们从图中能清楚地看，当接触应力对齿面连续不断地产生作用时，就会提高那些麻点所形成应力的强度，渐渐会使得轮齿表面金属剥落，最终引发破损。其次，疲劳剥损：在煤矿机械的使用过程中，疲劳剥损不容易被发现的它是潜在的磨损，它有一个重要的特点就是会出现较大的颗粒或屑片，它们是沿齿顶或项棱从齿面上掉下来的。我们常见的硬齿面，还有经过表面淬火处理的齿轮，它们在使用产生的问题都主要是由齿面下的缺陷，或者是热处理产生内应力过高所引发的。
1.2磨损
煤矿机械设备有很多种磨损形式，首先有正常磨损，其次还有中度磨损和破坏性磨损，还有磨料性磨损（擦伤）和腐蚀性磨损，另外还有干涉磨损、胶合、疲劳磨损等。我们先来介绍上述几种在使用煤矿机械中容易遇到的磨损。
第一，正常磨损：所有的齿面上都会有金属，在运动时金属之间会不断地摩擦，并以一定的速度慢慢损耗着，这样就会引发正常范围内的磨损。这种磨损被包含在齿轮的设计寿命之内，一般情况下对设备的正常使用不会造成任何不良影响，但是它的磨损量只能低于或等于维修标准。
第二，破坏性磨损：当齿面的损伤、齿廓的变化非常严重时，会严重破坏它运转的平稳性，减少齿轮的寿命。
第三，干涉磨损：在刚开始使用设备时由于在安装齿轮时方法不当，所以在在齿轮没能较好的接触时，主齿轮承担了大部分的应力。在之后的额使用中，齿轮的损坏会越来越严重，导致主动齿轮齿根被掘起，而相配齿轮的齿顶严重地卷起，最终会出现齿轮副的完全破坏的情况。
1.3胶合
在超负荷或使用润滑油不当的情况下，如果啮合区温度升高，在重载作用下会挤破轮齿接触面的油膜，使两轮齿的金属面直接接触并熔焊在一起，引起软齿部分接触面沿滑动方向被撕下而起沟。
2.如何改进煤矿机械传动齿轮
2.1设计
我们通常了解的煤矿机械齿轮，尤其是提升和采掘运输机械齿轮，它们承受着重载和冲击载荷，必须把它们的弯曲极限应力的强度提高到1 200 MPa，也要把接触耐久性的极限强度提高到1 6O0 MPa，我们需要研究的是怎样在不加大外形尺寸的情况下提高其强度和寿命，为此必须进一步进行科学研究，使设计参数进一步优化。准确计算载荷、修正强度计算公式、优化选材和齿形结构、加工和处理工艺先进化、改善表面光洁度、恰当的润滑参数和装配要求、正确的硬度和啮合参数等，这都是优化设计的内容。我们应当提高这些内容的标准化和系列化程度。下表列出的因素都会对齿轮断齿，点蚀还有剥落产生影响，在优化设计齿轮时可以参考。
（一）在分析齿根弯曲应力时首先采用保角映射法，其次还可以采用限元法，使用一个较大半径的齿根过渡圆角并使用凸头留磨滚刀来加工处理外齿轮齿形，来达到降低齿根弯曲，集中应力，提高弯曲强度的目的
（二）运用弹性力学的知识来了解轮齿的啮合形变，在修缘可以使用齿顶，我们知道的修缘线通常是这样一种渐开线，它拥有很大的压力角；提高轮齿的接触和弯曲疲劳强度的方法有齿面喷丸处理等工艺。
（三）对齿轮润滑状态的研究可以运用弹流润滑理论，对齿轮的润滑状态的改善可以使用用极压添加剂的高粘度齿轮润滑油。
2.2采用加工工艺
在加工滚齿时，要分开粗、精滚的工序，按顺序进行，先用滚刀进行粗切，再用专用滚刀进行精滚齿，确保滚刀的精确性，用百分表控制切齿深度，应把切齿深度的误差控制在零位附近，把精滚齿滚刀的齿形误差控制在不大于0.03 mlTl。在达到9级精度时齿形加工就算完成了。齿面粗糙度应当符合设计的要求，可在磨齿后，进行电抛光或振动抛光，提高表面粗糙度，粗糙度好的齿轮的寿命比粗糙度差的可提高15%-20%。
我们既要消除啮合干涉，也要减轻偏载，把齿轮的承载能力提起来，把齿根应力降下去，把齿轮的弹性柔度增大，就应当采用齿面修形、齿形修缘和挖根大圆弧（大圆弧齿根）新技术（包括倒角、磨光、修圆）。在完成对齿轮齿形的修饰（包含磨齿、剃齿、研齿）后，我们能够进一步提升齿轮的接触极限应力，并且把提升的幅度保持在15% 一25%以内。如果纵向修形（修齿腹） 齿，就能够把齿轮的使用寿命提高2倍，可以使弯曲应力减少17% 到23% ，并可使噪声极大的降低。我们假设切齿刀具的硬度大于工件硬度保持2—5倍以上，并且韧性和耐磨性都很好，那么在这种情况下的切削效果将会很好。磨削法，还有刮削法事在对硬齿面齿轮加工的过程中经常使用的方法，这两种对齿胚进行多次热处理和切削加工。已经完成组装的减速器，在对齿轮进行加工后，在出厂之前应当完成加载跑合工序，采用电火花跑合新工艺，能使齿轮接触精度提高，确保使用效果。 2.3对表面进行强化处理
对齿轮加工的最后一道工序，往往是对齿面和齿根进行喷丸强化处理。它必须在渗碳淬火，或者磨齿后开始进行。这样能提高齿轮的接触疲劳强度30% 到50% ，提高齿根弯曲疲劳强度；能防止裂纹继续扩展，使实际载荷比外加载荷小得多；能更好地承受破坏性冲击，降低点蚀，提高耐久的极限；有效改善齿轮润滑；可以使那些在经过切齿加工后在齿面表层留下的连续刀痕和经过磨削而产生的缺陷消失。参照股国外的生产经验，与不喷丸相比，喷丸齿轮的寿命可提高6倍。
2.4正确安装运行
无数实践证明，在很大程度上，如果增强减速器齿轮的安装准确度，就能提高齿轮的承载能力和延长它的使用寿命。不管是新安装，还是更换又或者检修安装，都应当坚持严格、精细的原则，确保符合安装技术规范和标准，尤其是齿轮轴心线的水平度，还有平行度和中心距，当然也有轴承间隙和齿轮侧隙，此外还有顶隙、接触区域和轴向窜动量等，一定要符合国家相关质量标准和技术要求。在投运新齿轮之前，应当对其进行跑合。制定行之有效的运行操作规程，并保证能够切实地执行，不准违章作业，也不能超负荷运行。根据使用说明书和维护检修规程、标准，对制造厂的减速器进行科学的维护和管理。定期检查齿轮磨损状况，对润滑油进行化验，对故障进行诊断，在发现问题后及时有效地处理。对减速箱和齿轮进行定期清洗，对油脂定期更换，使油量保持一定的水平，保证减速器内没有混入煤粉、水分等异物。改进减速器密封时，要防止漏油现象的发生。
3.结语
综上所述，我国煤矿机械设备事故率高居不下，严重影响着煤矿的生产安全，极大地阻碍了煤矿企业的发展，这个安全问题需要尽快的解决。传动齿轮是机械设备中不可或缺的一部分，它的设计水平、制造质量和使用管理水平很大程度上影响着煤矿机械设备的可靠性和安全性，还会影响到设备的使用寿命。通过以上对煤矿机械中各种齿轮的失效形式及原因的分析，不仅能够极大地发挥煤矿机械设备的功能，还能够很好的补充对设备本身存在的一些缺点，这样能够很大地提高使得机械设备的使用寿命，有效地保障煤矿企业的安全高效生产。
参考文献：
[1] 王帆，李杨.对煤矿机械传动齿轮失效的相关探讨.西部资源，2012年2期
[2] 戴玉玲 肖茂龙.对煤矿机械传动齿轮失效的相关探讨.中小企业管理与科技，2012年1期
[3] 闫德明.煤矿机械传动齿轮失效形式分析.山西科技，2011年5期
[4] 蔚海文.煤矿机械传动齿轮失效形式及对措.山西焦煤科技，2011年4期
[5] 李孝东.煤矿机械传动齿轮失效原因及解决方法.企业技术开发：下，2010年9期
[6] 胡延平.煤矿机械传动齿轮失效形式分析及改进措施.江西煤炭科技，2010年3期
[7] 施莲凤.改进煤矿机械传动齿轮失效的途径.阳煤科技，2006年4期
关键词：煤矿机械 ；机械传动；齿轮失效
0 前言
煤炭是我国的主要能源。我国的开采方式主要是井工开采，少数则为露天开采。在机械传动中，广泛使用齿轮传动，齿轮传动可以用来传递任意两根轴之间的运动和动力，但是齿轮的使用期限是比较短的，失效的速度也会慢慢变快，最终不能有效地发挥功能，对煤矿企业的安全造成严重的隐患。本文通过深度分析煤矿机械中各种齿轮的失效形式及原因，不仅能够提高煤矿机械设备使用效率，还能更好地补充设备本身存在的一些缺点，这样能较大的提高机械设备的使用寿命，有效的保障煤矿企业的安全高效生产。
1.煤矿机械齿轮失效形式
在煤矿机械化、现代化水平不断提高的情况下，煤矿机械的功率也渐渐增大。使用煤矿机械时我们要想提高它的可靠性和延长其使用寿命，必须更高地要其传动齿轮的质量。下面我们就来简单的介绍煤矿机械失效的常见形式：
1.1表面疲劳
在轮齿的表面和表面下方都会有裂纹生核，金属的移动和早已存在的凹坑，使得凹坑合并或增大尺寸。首先，齿面点蚀，轮齿在运行时，它们之间的接触为高副接触，因为摩擦力大表面磨损严重。如果齿面接触应力比允许应力大，再加上，齿面表层有多级载荷，导致齿面很容易出现裂纹，这些裂纹往往开始出现在轮齿节线附近，如图1所示，
我们从图中能清楚地看，当接触应力对齿面连续不断地产生作用时，就会提高那些麻点所形成应力的强度，渐渐会使得轮齿表面金属剥落，最终引发破损。其次，疲劳剥损：在煤矿机械的使用过程中，疲劳剥损不容易被发现的它是潜在的磨损，它有一个重要的特点就是会出现较大的颗粒或屑片，它们是沿齿顶或项棱从齿面上掉下来的。我们常见的硬齿面，还有经过表面淬火处理的齿轮，它们在使用产生的问题都主要是由齿面下的缺陷，或者是热处理产生内应力过高所引发的。
1.2磨损
煤矿机械设备有很多种磨损形式，首先有正常磨损，其次还有中度磨损和破坏性磨损，还有磨料性磨损（擦伤）和腐蚀性磨损，另外还有干涉磨损、胶合、疲劳磨损等。我们先来介绍上述几种在使用煤矿机械中容易遇到的磨损。
第一，正常磨损：所有的齿面上都会有金属，在运动时金属之间会不断地摩擦，并以一定的速度慢慢损耗着，这样就会引发正常范围内的磨损。这种磨损被包含在齿轮的设计寿命之内，一般情况下对设备的正常使用不会造成任何不良影响，但是它的磨损量只能低于或等于维修标准。
第二，破坏性磨损：当齿面的损伤、齿廓的变化非常严重时，会严重破坏它运转的平稳性，减少齿轮的寿命。
第三，干涉磨损：在刚开始使用设备时由于在安装齿轮时方法不当，所以在在齿轮没能较好的接触时，主齿轮承担了大部分的应力。在之后的额使用中，齿轮的损坏会越来越严重，导致主动齿轮齿根被掘起，而相配齿轮的齿顶严重地卷起，最终会出现齿轮副的完全破坏的情况。
1.3胶合
在超负荷或使用润滑油不当的情况下，如果啮合区温度升高，在重载作用下会挤破轮齿接触面的油膜，使两轮齿的金属面直接接触并熔焊在一起，引起软齿部分接触面沿滑动方向被撕下而起沟。
2.如何改进煤矿机械传动齿轮
2.1设计
我们通常了解的煤矿机械齿轮，尤其是提升和采掘运输机械齿轮，它们承受着重载和冲击载荷，必须把它们的弯曲极限应力的强度提高到1 200 MPa，也要把接触耐久性的极限强度提高到1 6O0 MPa，我们需要研究的是怎样在不加大外形尺寸的情况下提高其强度和寿命，为此必须进一步进行科学研究，使设计参数进一步优化。准确计算载荷、修正强度计算公式、优化选材和齿形结构、加工和处理工艺先进化、改善表面光洁度、恰当的润滑参数和装配要求、正确的硬度和啮合参数等，这都是优化设计的内容。我们应当提高这些内容的标准化和系列化程度。下表列出的因素都会对齿轮断齿，点蚀还有剥落产生影响，在优化设计齿轮时可以参考。
（一）在分析齿根弯曲应力时首先采用保角映射法，其次还可以采用限元法，使用一个较大半径的齿根过渡圆角并使用凸头留磨滚刀来加工处理外齿轮齿形，来达到降低齿根弯曲，集中应力，提高弯曲强度的目的
（二）运用弹性力学的知识来了解轮齿的啮合形变，在修缘可以使用齿顶，我们知道的修缘线通常是这样一种渐开线，它拥有很大的压力角；提高轮齿的接触和弯曲疲劳强度的方法有齿面喷丸处理等工艺。
（三）对齿轮润滑状态的研究可以运用弹流润滑理论，对齿轮的润滑状态的改善可以使用用极压添加剂的高粘度齿轮润滑油。
2.2采用加工工艺
在加工滚齿时，要分开粗、精滚的工序，按顺序进行，先用滚刀进行粗切，再用专用滚刀进行精滚齿，确保滚刀的精确性，用百分表控制切齿深度，应把切齿深度的误差控制在零位附近，把精滚齿滚刀的齿形误差控制在不大于0.03 mlTl。在达到9级精度时齿形加工就算完成了。齿面粗糙度应当符合设计的要求，可在磨齿后，进行电抛光或振动抛光，提高表面粗糙度，粗糙度好的齿轮的寿命比粗糙度差的可提高15%-20%。
我们既要消除啮合干涉，也要减轻偏载，把齿轮的承载能力提起来，把齿根应力降下去，把齿轮的弹性柔度增大，就应当采用齿面修形、齿形修缘和挖根大圆弧（大圆弧齿根）新技术（包括倒角、磨光、修圆）。在完成对齿轮齿形的修饰（包含磨齿、剃齿、研齿）后，我们能够进一步提升齿轮的接触极限应力，并且把提升的幅度保持在15% 一25%以内。如果纵向修形（修齿腹） 齿，就能够把齿轮的使用寿命提高2倍，可以使弯曲应力减少17% 到23% ，并可使噪声极大的降低。我们假设切齿刀具的硬度大于工件硬度保持2—5倍以上，并且韧性和耐磨性都很好，那么在这种情况下的切削效果将会很好。磨削法，还有刮削法事在对硬齿面齿轮加工的过程中经常使用的方法，这两种对齿胚进行多次热处理和切削加工。已经完成组装的减速器，在对齿轮进行加工后，在出厂之前应当完成加载跑合工序，采用电火花跑合新工艺，能使齿轮接触精度提高，确保使用效果。 2.3对表面进行强化处理
对齿轮加工的最后一道工序，往往是对齿面和齿根进行喷丸强化处理。它必须在渗碳淬火，或者磨齿后开始进行。这样能提高齿轮的接触疲劳强度30% 到50% ，提高齿根弯曲疲劳强度；能防止裂纹继续扩展，使实际载荷比外加载荷小得多；能更好地承受破坏性冲击，降低点蚀，提高耐久的极限；有效改善齿轮润滑；可以使那些在经过切齿加工后在齿面表层留下的连续刀痕和经过磨削而产生的缺陷消失。参照股国外的生产经验，与不喷丸相比，喷丸齿轮的寿命可提高6倍。
2.4正确安装运行
无数实践证明，在很大程度上，如果增强减速器齿轮的安装准确度，就能提高齿轮的承载能力和延长它的使用寿命。不管是新安装，还是更换又或者检修安装，都应当坚持严格、精细的原则，确保符合安装技术规范和标准，尤其是齿轮轴心线的水平度，还有平行度和中心距，当然也有轴承间隙和齿轮侧隙，此外还有顶隙、接触区域和轴向窜动量等，一定要符合国家相关质量标准和技术要求。在投运新齿轮之前，应当对其进行跑合。制定行之有效的运行操作规程，并保证能够切实地执行，不准违章作业，也不能超负荷运行。根据使用说明书和维护检修规程、标准，对制造厂的减速器进行科学的维护和管理。定期检查齿轮磨损状况，对润滑油进行化验，对故障进行诊断，在发现问题后及时有效地处理。对减速箱和齿轮进行定期清洗，对油脂定期更换，使油量保持一定的水平，保证减速器内没有混入煤粉、水分等异物。改进减速器密封时，要防止漏油现象的发生。
3.结语
综上所述，我国煤矿机械设备事故率高居不下，严重影响着煤矿的生产安全，极大地阻碍了煤矿企业的发展，这个安全问题需要尽快的解决。传动齿轮是机械设备中不可或缺的一部分，它的设计水平、制造质量和使用管理水平很大程度上影响着煤矿机械设备的可靠性和安全性，还会影响到设备的使用寿命。通过以上对煤矿机械中各种齿轮的失效形式及原因的分析，不仅能够极大地发挥煤矿机械设备的功能，还能够很好的补充对设备本身存在的一些缺点，这样能够很大地提高使得机械设备的使用寿命，有效地保障煤矿企业的安全高效生产。
参考文献：
[1] 王帆，李杨.对煤矿机械传动齿轮失效的相关探讨.西部资源，2012年2期
[2] 戴玉玲 肖茂龙.对煤矿机械传动齿轮失效的相关探讨.中小企业管理与科技，2012年1期
[3] 闫德明.煤矿机械传动齿轮失效形式分析.山西科技，2011年5期
[4] 蔚海文.煤矿机械传动齿轮失效形式及对措.山西焦煤科技，2011年4期
[5] 李孝东.煤矿机械传动齿轮失效原因及解决方法.企业技术开发：下，2010年9期
[6] 胡延平.煤矿机械传动齿轮失效形式分析及改进措施.江西煤炭科技，2010年3期
[7] 施莲凤.改进煤矿机械传动齿轮失效的途径.阳煤科技，2006年4期